2. LITERATURE REVIEW
2.3 A FTERMARKET P ERFORMANCE
Os equipamentos de usinagem utilizados nos testes são da Escola SENAI GERALDO ALCKMIN – Pindamonhangaba – SP e estão apresentados a seguir. 3.3.1. Guilhotina
As amostras foram preparadas utilizando uma guilhotina da marca IMAG, modelo 19M1, espessura máxima para o alumínio 6mm, regulagem da espessura da faca de 6mm a 8mm. (Figura 14)
Para a obtenção das dimensões 40mmx300mm, que foram retiradas de uma placa de 600mmx800mm.
Figura 16 – Guilhotina IMAG.
3.3.2. Centros de usinagem CNC
Para realização da furação das amostras foram utilizados dois centros de usinagem CNC. Nos testes iniciais, com rotação do eixo árvore máxima de 7500 RPM, foi utilizado o Discovery 760 da marca ROMI, velocidade máxima de avanço G01 30000mm/min nos eixos X e Y e no eixo Z 20000mm/min, equipado com comando numérico Sinumerik 810D da marca Siemens (Figura 15).
Para a segunda fase dos ensaios, com rotação máxima de 10.000 RPM, foi utilizado o centro de usinagem CVK 1066L da marca VEKER comando Mitsubishi 70L (Figura 16).
Figura 17 – Centro de Usinagem CNC ROMI Discovery 760
Figura 18 – Centro de Usinagem CNC VEKER CVK1066L
3.3.3 Ferramentas de corte
Para os ensaios foram utilizadas duas ferramentas. Nos testes iniciais foi utilizada uma fresa sólida de metal duro com cobertura de diamante, por conta da abrasividade do reforço de fibra. Código 620V050R050 da marca JABRO, com diâmetro de 5mm (Figura 17), denominada a partir de agora de F01.
Nos teste definitivos foram usadas brocas sólidas de metal duro sem recobrimento, código SD203A-5.0-20-6R1-T da marca SECO, com diâmetro de 5mm (Figura 18), denominada a partir de agora de B(n) onde n é o numero seqüencial das brocas utilizadas .
Figura 19 – Fresas sólidas de metal duro com cobertura de diamante – 620V050R050 (SECO, 2008)
Figura 20 – Broca de metal duro – SD203A-5.0-20-6R1-T (SECO, 2008)
As brocas utilizadas foram montadas nos cones ISO Cone BT 40 com pinça ER32, pois as mesmas contam com uma haste de 6mm (Figura 19a). Já as fresas foram montadas no Cone ISO BT40 de precisão com pinça D24 UP (Figura 19b).
Figura 21 – Suportes de ferramentas: (a) Cone BT 40 com pinça ER32, (b) Cone BT40 de precisão com pinça D24 UP
3.3.4 Esterioscópio
Para a análise e documentação dos desgastes das ferramentas e da qualidade dos furos foi utilizado Esterioscópio Olympus SZ-TZ, pertencente ao laboratório de Ensaios Metalográficos da escola SENAI Felix Guisard – Taubaté – SP (Figura 20).
Figura 22 – Esterioscópio Olympus SZ-TZ
3.4 MÉTODOS.
Os parâmetros de usinagem iniciais utilizado nos ensaios foram obtidos do catálogo do fabricante de ferramentas em função do material alumínio devido a falta de informações desse material os testes foram realizados com uma fresa de topo sólida Ø 5mm diamantada, fixada em um suporte de ferramenta cone DP24 UP pinça de precisão. Com programação de 46 furos alinhados em duas fileiras, sem e com a utilização de fluido refrigerante. Como parte do estudo foi verificar o rendimento da ferramenta em termos de vida, há a necessidade de executar o máximo de furos na chapa. A finalidade da grande quantidade de furos é para se verificar-se qual o tipo de desgaste ou avaria foi predominante no final do processo. Nos ensaios foi utilizada refrigeração com óleo semi-sintético.
Por se tratar de compósito a base de alumínio e em função da inexistência de dados acerca deste material em catálogos de fabricantes, está analogia foi necessária para definir os dados iniciais. Foram realizados furos com broca de
metal duro sem cobertura com ângulo de influência de 140º para minimizar a pressão no corte do material.
Portanto, os dados utilizados do fabricante conforme catálogo foi para o material alumínio, conforme Quadro 1 e 2.
Cada amostra passou a contar com 18 furos consecutivos e eqüidistantes para a análise do desgaste que o processo de usinagem proporciona à ferramenta. As mesmas foram identificadas e analisadas da seguinte forma:
x Foram analisados os primeiros e últimos furos ;
x Imagens dos furos de topo no sentido transversal, para analise das deformações de contorno e de entrada da ferramenta.
x Imagens dos furos no sentido longitudinal, para se verificar o acabamento e se houve ou não a delaminação e o corte da fibra de vidro.
x Imagens das ferramentas longitudinalmente das guias e ponta; x Imagens do topo da ferramenta para verificação das arestas de topo. x Imagens do cavaco final para verificação da pressão de corte.
x Imagens dos furos nas amostras de vida de ferramenta, das dez amostras foram documentados as amostras dois, cinco e dez, vista de cima do furo vista do corte longitudinal.
Foram realizados ensaios de Usinagem dos furos com e sem refrigeração, para verificar a influência do fluido nos resultados. Portanto, logo no primeiro ensaio com fluido de corte, verificou-se que para o processo de usinagem deste material seria de grande valia a presença do fluido. Porém como existe o problema da contaminação da fibra de vidro, os ensaios com fluido de corte foram abandonados .
Tabela 1 – Tabela dos parâmetros dos testes.
Ensaio Ferramenta Rotação do Eixo
árvore RPM Vc m/min F mm/min Refrigeração Furos Qtd 1 F01 7500 117 2250 Sem 46 2 B01 7500 117 2700 Sem 18 3 B02 7500 117 2700 Com 18 4 B03 7500 117 2250 Sem 18 5 B04 10000 157 2250 Sem 18 6 B05 10000 157 1800 Sem 18 7 B05 10000 157 1800 Sem 230
Os parâmetros identificados na Tabela 1, foram utilizados como referência do comportamento da amostra, pois com as alterações no decorrer dos testes consegue-se chegar no parâmetro de velocidade de corte, onde o problema de delaminação o defeito mais critico deste tipo de material, é eliminado.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Nesse capítulo são apresentados os resultados obtidos e as discussões. 4.1 TESTES PRELIMINARES
Os resultados foram analísados após execução da furação com a fresa, como mostrado nas Figuras 25a-b-c-d-e-f, utilizadas para documentar o ensaio. O objetivo foi de verificar se a ferramenta cumpriu sua finalidade de cortar e transpassar a amostra, e se os furos apresentavam variações em seu contorno, além de verificar na posição transversal se era observado algum problema de delaminação.
Ensaio 1º - Foi utilizado fresa diamantada sem refrigeração, o dispositivo de fixação 1, os dados de acordo com Tabela 1.
Analisando as imagens de penetração dos primeiros furos (Figuras 25a-b-c) e dos últimos furos (Figuras 25d-e-f) executados pela fresa de metal duro recoberta por diamante, ficou evidente pelas imagens que houve o corte, mas a ferramenta não ultrapassou a amostra, por causa da pressão de penetração da fresa, com isto a amostra fletiu logo no primeiro furo, quebrando as arestas de corte. Com a perda na integridade da ferramenta os furos subseqüentes ficaram deformados por conformação e não usinagem. Portanto ficou evidenciado que o rasgo do dispositivo de 35mm ficou muito grande, o que levou a usinagem de um novo dispositivo com o espaço mínimo e assim acabando com o problema de flexão da amostra.
A ferramenta não tendo um ângulo de ponta efetivo o esforço de corte aumentou em toda sua área de topo, pois como a área de contato é do tamanho do diâmetro da ferramenta, optamos em trocar a ferramenta para broca, para os testes seguintes, mesmo porque a intenção da utilização desta ferramenta seria por causa da cobertura diamantada reduzindo o desgaste por abrasão da fibra de vidro.
Figura 23 – Fotos dos furos executados na amostra para 1º. Ensaio: (a) furo nº1 (b) furo nº 2 (c) furo nº3 (d) furo nº17 (e) furo nº18 (f) furo nº19.
Nas (Figuras 26a-b), fica evidente que no topo do furo no corte e no percurso de penetração da fresa não houve a delaminação da amostra de compósito, ficando confirmada a necessidade de arestas de corte de topo resistente e a modificação do dispositivo de fixação de amostra.
Delaminação Delaminação Delaminação a b c d e f Cavaco fundido
Figura 24 – Foto dos detalhes transversais dos furos; (a) furo nº 17 (b) furo nº19º
Nas (Figura 27a-b) é mostrada a lateral da fresa em duas posições diferentes e verifica-se que devido a flexão da amostra o furo prensou a ferramenta danificando as arestas laterais. Já na (Figura 28) é mostrado que a ponta da Fresa faz a função neste teste de conformador do furo, pois não transpassa a amostra.
Figura 25 – Foto do detalhes laterais da fresa, (a) posição mostrando as arestas de frente, (b) mostrando as arestas restantes de lado.
Figura26 – Foto de topo da Fresa (a)
a b
Usinagem com a parte não danificada
Usinagem com a parte não danificada a b a b Delaminação Delaminação Quebra e fusão de alumínio Aresta cortante Aresta cortante
No 2º ensaio foi utilizada a broca de metal duro B01 sem refrigeração. Foi utilizado o dispositivo de fixação conforme a Figura 23 e os parâmetros utilizados conforme a Tabela 1.
De acordo com as Figuras 29a-b-c-d-e, verifica-se que a usinagem dos furos acontece, e também ocorrem dois defeitos: a delaminação e desfibramento do reforço de fibra de vidro da amostra. Isto mostra que o as fibras ficam muito mais deformadas por causa da pressão de avanço executada no momento da penetração e por causa da rotação baixa para as condições da fibra e do alumínio. .
Figura 27 – Fotos dos furos executados na amostra para 2º. Ensaio: (a) furo nº 1(b) furo 2 (c) furo 16 (d) furo 17 (e) furo 18
a b
c d
Conforme mostrado nas Figuras 29a-b-c-d-e, o aspecto do furo confirma que a usinagem da placa de alumínio foi feita, com uma deformação muito agressiva na de usinagem, além de ficar clara a delaminação e desfibramento das placas. Porém a usinagem total do furo fica assegurada, demostrando a eficiência do novo dispositivo de fixação.
Figura 28 – Foto do corte transversal do furo nº3
Na Figura 30, fica evidenciado que houve um desgaste a brasivo na região de saída de cavaco da broca, mas com o novo dispositivo a broca não se quebrou. Já na Figura 31, nota-se o desgaste nas arestas de corte e observa-se que o material tem uma abrasividade alta, pois com poucos furos observa-se desgastes por abrasão comprometendo a integridade das arestas de corte.
Figura 29 – Foto lateral da B03 (a) fota lateral e guias (b) topo com arestas de corte. Delaminação
Adesão do alumínio na aresta
Desgaste por abrasividade
No 3º ensaio foi utilizada a broca de metal duro B02 com refrigeração. Foi utilizado o dispositivo de fixação conforme a Figura 15 e os parâmetros utilizados conforme a Tabela 1.
Conforme as Figuras 32a-b-c, verifica-se que a usinagem dos furos acontece, e também ocorrem dois defeitos a delaminação e desfibramento das fibras do material na amostra. Verifica-se que o fluido refrigerante de corte cumpriu sua função de reduzir a temperatura e melhorar o corte e acabamento do alumínio. Porém verifica-se também que a fibra sofreu uma mudança na sua coloração, que pode ser um prenúncio de contaminação da fibra. As contaminações do óleo refrigerante pode causar oxidação entre as placas de alumínio e o reforço de fibra. A grande quantidade de sílica encontrada no reforço de fibra acelera o processo de oxidação.
Por este resultado opta-se por não utilizar mais o fluido de corte nos próximos ensaios.
Figura 30 – Foto dos furos de cima (a) furo nº 1 (b) furo nº2 (c) furo nº3 .
a b
Conforme a Figura 33, é mostrado que o resultado melhora a usinagem dos furos, por conta da influência do fluido refrigerante de corte, pois o acabamento superficial da amostras nas placas de alumínio foi melhor que no 2º ensaio.
Figura 31 – Foto do corte transversal do furo nº 3 do ensaio 3.
Conforme (Figura 34a-b) observa-se que a ferramenta tem sinais de desgaste por abrasão, porém com uma área superficial menor, demonstrando a eficiência do fluido refrigerante.
Figura 32 – Fotos lateral e de topo da B02:(a) lateral mostrando as guias (b) topo mostrando a aresta de corte.
No 4º ensaio foi utilizada a broca de metal duro, B01 sem refrigeração e os parâmetros de corte conforme a Tabela 1.
Nas Figuras 35a-b-c-d-e-f, visualiza-se que o furo apresenta um resultado de corte melhorado pela redução de 20% do avanço. Os furos apresentam uma ovalização, o desfibramento também é reduzido e a uniformidade dos resultados pode ser observada.
Delaminação
b a
Abrasão e adesão de material
Figura 33 – Fotos os furos de cima: (a) furo nº1(b) furo nº (c) furo nº3 (d) furo nº8 (e) furo nº9 (f) furo nº10
Analisando as Figuras 36a-b, pode-se comprovar que os furos foram usinados com uma melhor performance em relação ao corte do material, e também no quesito deformação do furo, por causa da pressão de corte transversal reduzida.Verifica-se que os resultados estão mais aceitáveis dos que os anteriores.
a b
c d
Figura 34 – Fotos do detalhe transversal do furo
Pode-se analisar pela Figura 37a, que representa a broca B01, mostrada na posição longitudinal, que as guias laterais da broca não apresentam desgaste significativo, mantendo-se a integridade da ferramenta. Já na Figura 37b, é mostrado o topo da broca onde pode-se localizar as arestas de corte e os ângulos de saída, confirmando o nível de integridade da ferramenta.
Figura 35 – Fotos da lateral e topo da B01: (a) foto lateral da broca (b) foto de topo da Broca
4.2 TESTES FINAIS
No 5º ensaio foi utilizada uma broca de metal duro (B04) sem refrigeração e com os parâmetros de corte conforme a Tabela 1.
Conforme as Figura 38a-b-c-d-e-f, verifica-se que aumentando a rotação do eixo árvore em 33% e mantendo-se o avanço como mostrado na Tabela 1, isto leva a um resultado favorável, demonstrando que o aumento na rotação para a furação foi fundamental, pois na documentação do ensaio é mostrado que os furos não se ovalizaram, a fibra de vidro foi cortada pelas arestas de corte e o
Delaminação
problema de delaminação também foi resolvido. Possivelmente com a rotação acima de 10.000 RPM, para a broca de diâmetro de 5mm, pode ocorrer uma diminuição da temperatura de corte fazendo com que não ocasione a fusão do material da amostra aderência na aresta de corte.
Figura 36 – Fotos dos furos de cima ensaio 5: (a) furo nº 1 (b) furo nº 2 (c) furo nº 3 (d) furo nº 16 (e) furo nº17 (f) furo nº 18 a b c d e f Cavaco de rebarba fundido Cavaco de rebarba fundido Cavaco de rebarba fundido
Analisando a Figura 39a-b, observa-se que a usinagem do furo foi realizada adequadamente e o acabamento da usinagem no sentido transversal está dentro de padrões aceitáveis. Além de ficar evidente que o problema de desfibramento não ocorreu, ficando assim visível o corte da fibra e também ficando evidente que não houve nenhuma delaminação das placas. Todos os furos mantiveram o mesmo padrão.
Figura 37 – Fotos dos furos em corte transversal: (a) furo nº3 (b) furo nº16
Conforme a Figura 40a-b-c, verifica-se que após a usinagem de 18 furos a integridade da broca, das guias laterais e da aresta de corte se manteve, ou seja, praticamente não se observa nenhuma avaria ou desgaste, apenas uma descoloração referente à abrasão no momento do corte da broca com o material. Observou-se no máximo uma leve adesão do material da amostra na broca conforme a Figura 40c, no canal de saída também há uma descoloração na ferramenta referente ao atrito de corte (Figura 40a-b).
Figura 38 – Fotos da broca B04 ensaio 5: (a) posição longitudinal B04 (b) posição longitudinal com giro de 90º da B04 (c) topo da B04
No 6º ensaio foi utilizada uma broca de metal duro (B05), sem refrigeração e com os parâmetros de corte conforme a Tabela 1.
Para este ensaio foi aumentada a rotação do eixo árvore em 33% e a houve uma redução do avanço em 20% como mostrado na Tabela 1, o resultado conforme as Figuras 41a-b-c-d-e-f, mostrou que o aumento na rotação para a furação foi fundamental, pois a documentação do ensaio mostra que os furos não se ovalizaram e a fibra de vidro foi cortada pelas arestas cortantes da ferramenta. O problema de delaminação não foi mais identificado. Assim como no ensaio anterior, possivelmente a rotação de 10.000 RPM para a broca de diâmetro de 5mm faz com que a temperatura de corte diminua e assim não ocasione a fusão do material da amostra e aderência na aresta de corte. Na porção de fibra de vidro do compósito não se observa delaminação da mesma quando o material é cortado.
a b
c
Material aderido na aresta de corte
Figura 30 – Fotos dos furos vista de cima: (a) furo nº1 (b) furo nº 2 (c) furo nº3 (d) furo nº16 (e) furo nº17 (f) furo nº18.
Nas Figuras 42a-b, foi analisada a usinagem pelo aspecto transversal do furo. Observou-se que a mesma foi executada com um acabamento dentro dos padrões de furação, como mostrado na placa de alumínio. Já a porção de fibra de vidro não apresenta sinais de desfibramento, podendo também verificar que houve o corte uniforme do material. Outra informação importante a ser levada em consideração é quanto as entradas dos furos, as quais não apresentam rebarba (Figuras 41a-b-c-d-e-f), diferentemente do que ocorreu com os furos do 5º
a b
c d
ensaio, os quais apresentam uma rebarba fundida (Figuras 38a-b-c-d-e-f), isto pode demonstrar que nesta condição a temperatura de atrito no momento do corte está muito alta, ocorrendo assim a fusão da rebarba.
Figura 40 – Fotos do corte transversal dos furos: (a) furo nº 3 e furo nº16
Na Figuras 43a-b-c, é mostrado que o processo de furação com os parâmetros conforme a Tabela 1, não afetou a aresta de corte da B05 e a quantidade de material aderido na ferramenta foi muito menor, como se pode visualizar na Figura 43c. O desgaste por abrasividade não aparece no canal de saída e também nas guias. Isto mostra como a ferramenta manteve a sua integridade, conforme as Figuras 43a-b.
Figura 41 – Fotos da broca B05: (a) foto lateral da broca mostrando os canais de saída (b) foto lateral da broca mostrando a guia (c) foto do topo mostrando as aresta de corte.
Conforme mostrado nos ensaios 5 e 6 as condições e parâmetros de corte funcionaram, eliminando o principal defeito: a delaminação. Mas para se definir entre os dois resultados, foi tomada a análise dos “cavacos finais”, ou seja, do material do fundo do furo, e das características das ferramentas após o ensaio. Ainda precisava-se verificar a vida da ferramenta, para isto foi necessário definir os parâmetros corretos.
Analisando-se as Figura 44a-b-c-d, nas quais é mostrado o “cavaco final” da usinagem, pode-se concluir que os parâmetros do ensaio 5 em relação ao ensaio 6 (Tabela 1), produz provavelmente uma força de penetração maior, podendo-se então verificar que a ponta da broca rompe o cavaco, como mostrado nas Figuras 44c-d.
a b
c
Figura 42 – Fotos do “cavaco final” dos furos ensaio 5 e 6: (a) parte externa do cavaco do ensaio 6 furo nº15 (b) foto interna do cavaco do ensaio 6 furo nº15 (c) foto externa do cavaco do ensaio 5 furo nº15 (d) foto interna do cavaco do ensaio 5 furo nº15.
No Ensaio 7 foi verificada a vida da ferramenta em trabalho, foi modificado o programa de usinagem aumentando a quantidade de 18 furos para 23 furos,e para se aproveitar melhor o material disponível, foram mantidos os parâmetros de corte de acordo com a Tabela 1. Executou-se o ensaio com a ferramenta B05 que foi utilizada no ensaio 6, pois foi a melhor condição encontrada. Foram feitas dez placas no total para se verificar vida da ferramenta. Após a usinagem das dez amostras analisou-se a ferramenta para se verificar a ocorrência de desgastes ou avarias.
Nas Figura 45a-b-c-d-e-f, os furos mantiveram todas as características do Ensaio 6 (Figuras 41a-b-c-d-e-f), quando se verificou uma primeira amostragem.
a
b
c d
Figura 43 – Fotos dos furos da PL02 do ensaio 7: (a) furo nº3visto por cima (b) furo nº03 vista interna (c) furo nº15 vista de cima (d) furo nº15 vista interna (e) furo nº23 vista de cima (f) furo nº23 vista interna.
Nas Figuras 46a-b-c-d-e-f, os furos continuaram mantendo todas as características do Ensaio 6 (Figura 41a-b-c-d-e-f). A análise da PL05 forneceu a informação de que o processo se manteve estável. até este momento já tinham sido realizados 110 furos com a ferramenta.
a b
c d
Figura 44 – Fotos dos furos da PL05do ensaio 7: (a) furo nº3visto por cima (b) furo nº03 vista interna (c) furo nº15 vista de cima (d) furo nº15 vista interna (e) furo nº23 vista de cima (f) furo nº23 vista interna.
Nas Figuras 47a-b-c-d-e-f, observa-se que os furos não tiveram alterações, e todas as características do ensaio 6 se mantiveram, como nas Figuras 41a-b-c-d-e-f, a análise da PL10 fornece um panorama segundo o qual o processo permanece estável. Os parâmetros utilizados permitiram a manutenção da integridade da ferramenta e da qualidade dos furos.
c d
e f
Figura 45 – Fotos dos furos da PL10do ensaio 7: (a) furo nº3visto por cima (b) furo nº03 vista interna (c) furo nº15 vista de cima (d) furo nº15 vista interna (e) furo nº23 vista de cima (f) furo nº23 vista interna.
Pelas Figuras 48a-b, ficou documentado que a ferramenta não apresentou nenhum desgaste ou avaria perceptível, permanecendo com boas condições de utilização. A aresta estava intacta e as guias também. Como mostrado na Figura 48, houve uma pequena adesão do material. Já na Figura 48b, pode-se verificar que a aresta de corte está intacta e o esbranquiçado na superfície de folga são os resíduos de fibra de vidro que aderiram na mesma.
a b
c d
Figura 46 – Fotos da broca B05 utilizada no ensaio 7, após usinagem de 248furos:(a) vista lateral da B05 e (b) vista topo da B05
4.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nos ensaios preliminares (ensaios 1 ao 4) foi clara a ocorrência de todos os defeitos mencionados acima. Porém todos os resultados encontrados levam a perceber uma total dependência dos parâmetros de corte e também da fixação da amostra. Nestes ensaios foram utilizados parâmetros conforme a tabela do fabricante de ferramenta, pois a ferramenta começou a ditar as diretrizes dos ensaios.
Porém esbarra-se em outro problema que foi a capacidade da máquina disponível, que limitava muito mais a influência dos resultados. Pois, como na tabela do fabricante não existem parâmetros específicos para o material compósito, partiu-se dos parâmetros do material da matriz, o alumínio, o qual consta do catálogo.
Com os parâmetros de corte após 4 ensaios ficou claro que a escolha dos parâmetros era a parte fundamental no processo de furação para que o mesmo pude ser caracterizado. Foi disponibilizada então outra máquina, agora com a capacidade de rotação 33% maior. Com isto foi possível executar novos testes partindo do melhor resultado dos testes anteriores (Ensaio 3), foram mantidos os parâmetro de avanço de furação e elevada a rotação para o máximo permitido pela máquina.
a Adesão do material b
Adesão da fibra e aresta intacta